JPH08723B2 - 高強度ガラス繊維補強コンクリート組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度ガラス繊維補強
コンクリート組成物に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】従来よりガラス繊維補強コン
クリート（ＧＲＣ）はセメント材料、ガラス繊維、珪
砂、水等を原料としてプレミックス法或いはダイレクト
スプレー法により製造されている。上記ＧＲＣの製造で
はセメント材料として普通ポルトランドセメント、珪酸
石灰・アウィン・スラグ３成分系低アルカリ性セメント
等が用いられているが、普通ポルトランドセメントを用
いる場合にはセメントの水和反応により生成する水酸化
カルシウムによって製品中のガラス繊維を劣化させ、且
つ乾燥による収縮が極めて大きくなる（収縮率１０〜１
５×１０^−４程度）という問題がある。

【０００３】これに対し、上記問題を解消する方法とし
て生成した水酸化カルシウム量を減少させるためにポゾ
ラン物質（フライアッシュ、シリカフューム等）、潜在
水硬性物質（高炉スラグ粉末等）等を添加する方法が知
られている。

【０００４】しかしながら、ＧＲＣ製品中のガラス繊維
に悪影響を及ぼさない程度にまで水酸化カルシウム量を
減らすためには、例えばフライアッシュであればセメン
ト１００重量部に対して２００重量部以上、シリカフュ
ームであれば４０重量部以上、高炉スラグ粉末では２０
０重量部以上と大量に添加する必要が生じる。即ち、こ
のような上記各物質の多量の添加はセメントの強度発現
を著しく遅らせ、脱型可能となるまで長時間を要すこと
になり、結果として実用的なコンクリート組成物として
の利用価値を低下させてしまう。

【０００５】一方、上記の普通ポルトランドセメントに
よる問題を解消するために提案された上記３成分系低ア
ルカリ性セメントを用いる場合には、ガラス繊維の劣化
は避けられるが、製品自体が高価格であるのに加え、Ｓ
Ｏ_３分が多く且つ蒸気養生を行なう必要があるので鋼製
型枠や埋め込み金具の発錆を引き起こすという重大な問
題を有している。

【０００６】またさらに、これらのセメント材料を用い
て得られるＧＲＣ製品は、その曲げ比例限界強度が比較
的低い（１００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度）という欠点を有し
ており、それ故にこれらの欠点を解消できる新規なコン
クリート組成物の開発が要望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、優れた強度を
有し、しかも長期間に亘ってガラス繊維が劣化しない高
強度ガラス繊維補強コンクリート組成物を提供すること
を目的とする。

【０００８】本発明者らは、上記の如き従来技術の問題
点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、一定のガラス転移温度
を有するポリアクリル酸エステル系ポリマーディスパー
ジョンを含む特定組成のセメント組成物は上記問題を解
消できることを見出し、特にＧＲＣ中に生成する有害物
質である水酸化カルシウム量を有効に減少させることに
よりガラス繊維の劣化を防ぎ、且つ優れた曲げ比例限界
強度を発現できることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【０００９】即ち本発明は、ガラス繊維補強コンクリー
ト組成物において、ポルトランドセメント１００重量部
に対して（１）高炉スラグ粉末２０〜５０重量部、
（２）フライアッシュ及び／又はシリカフューム１０〜
２５重量部、（３）無水石膏及び／又は二水石膏５〜２
０重量部（４）ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド
高縮合物及び／又はメラミンスルホン酸ホルムアルデヒ
ド高縮合物０．５〜３重量部、及び（５）ガラス転移温
度２０〜８０℃のポリアクリル酸エステル系ポリマーデ
ィスパージョン固形分５〜４０重量部を添加してなるこ
とを特徴とする高強度ガラス繊維補強コンクリート組成
物に係るものである。

【００１０】以下、本発明コンクリート組成物につき詳
述する。

【００１１】本発明で用いるポルトランドセメントとし
ては、公知のものを使用でき、例えば普通ポルトランド
セメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトラ
ンドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント等の各種
ポルトランドセメントを例示できる。これらのポルトラ
ンドセメントは単独又は２種以上を併用しても良い。

【００１２】高炉スラグ粉末（成分（１））としては、
潜在水硬性を有するものであれば特に限定されない。但
し、そのブレーン表面積が３０００ｃｍ^２／ｇ未満の場
合にはその活性が減少してＧＲＣの性能を低下させるお
それがあるので、ブレーン表面積３０００ｃｍ^２／ｇ以
上のものを用いるのが好ましい。配合量はポルトランド
セメント１００重量部に対し２０〜５０重量部とする。
その配合量が２０重量部を下回る場合にはセメントから
生成する水酸化カルシウムを減少させることができず、
凝結遅延や強度低下を引き起こす。また５０重量部を超
える場合には強度発現が遅くなり脱型するまでに長時間
を要し好ましくない。本発明セメント組成物中における
上記高炉スラグ粉末は、その潜在水硬性による水和反応
によってセメントから生成する水酸化カルシウムを減少
させる役割を果たす。

【００１３】フライアッシュ及び／又はシリカフューム
（成分（２））は汎用されているものがいずれも使用で
きる。尚、上記ポゾラン反応の反応活性を高めるため
に、フライアッシュはそのブレーン表面積が３０００ｃ
ｍ^２／ｇ以上、シリカフュームにおいては１０００００
ｃｍ^２／ｇ以上、より好ましくは２０００００ｃｍ^２／
ｇ以上とするのが良い。配合量はポルトランドセメント
１００重量部に対し１０〜２５重量部とする。その配合
量が１０重量部未満の場合にはセメントから生成する水
酸化カルシウムを減少させることができず、２５重量部
を超える場合には強度発現が遅くなり脱型するまでに長
時間を要し好ましくない。本発明セメント組成物中にお
ける上記フライアッシュ及び／又はシリカフュームはポ
ゾラン反応により上記高炉スラグ粉末と同様にセメント
から生成する水酸化カルシウムを減少させる役割を果た
す。これに対し、その他のポゾラン物質として珪酸白
土、火山灰、珪藻土、焼成粘土、焼成頁岩等があるが、
短期強度発現という本発明の目的には合致しないので使
用できない。

【００１４】無水石膏及び／又は二水石膏（成分
（３））は常法に従って得られるものを使用できる。こ
れらは通常そのブレーン表面積が２０００ｃｍ^２／ｇ以
上、好ましくは３０００ｃｍ^２／ｇ以上のものを用い
る。配合量はポルトランドセメント１００重量部に対し
５〜２０重量部とする。その配合量が５重量部未満の場
合には生成した水酸化カルシウムを減少させることがで
きず、且つ最終製品の乾燥収縮が大きくなり好ましくな
い。また２０重量部を超える場合には養生条件によって
エトリンガイドの異常発生による膨脹ひび割れやＧＲＣ
製品の反りを生ずることがある。このように本発明セメ
ント組成物中における上記無水石膏及び／又は二水石膏
は、前記ポルトランドセメントや高炉スラグ粉末から供
給されるアルミナ成分、カルシウム成分、シリカ成分等
と反応してエトリンガイドを生成することにより水酸化
カルシウム量を減少させ、さらに最終製品の乾燥収縮を
抑制する働きがある。尚、半水石膏はセメントの偽凝結
を誘発し、作業性を低下させるので使用できない。

【００１５】ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド高
縮合物及び／又はメラミンスルホン酸ホルムアルデヒド
高縮合物（成分（４））としては、公知のものを使用す
ることができる。配合量はポルトランドセメント１００
重量部に対し０．５〜３重量部とする。その配合量が
０．５重量部を下回る場合には減水効果が充分に発揮さ
れない。また３重量部を上回る場合には混練物の粘度が
過度に高くなり硬化が遅延し、しかもＧＲＣ製品の強度
が低下するので好ましくない。これら高縮合物は、本発
明セメント組成物中においていわゆる高性能減水剤とし
ての役割を果たし、混練物の調製に際してセメント組成
物に加えるべき水の量を少量に押さえることができる。

【００１６】ポリアクリル酸エステル系ポリマーディス
パージョン（成分（５））としては、公知のものを使用
でき、例えばアクリル酸が共重合したもの等を用いるこ
とができる。そのガラス転移温度は２０〜８０℃、好ま
しくは４０〜６０℃のものを使用することを必須とす
る。上記温度が２０℃未満の場合には曲げ比例限界強度
の改善効果が充分に達成できず、８０℃を上回る場合に
は常温養生でポリマーの膜を形成することができない。
配合量はポルトランドセメント１００重量部に対し固形
分で５〜４０重量部加える。その配合量が５重量部を下
回る場合には曲げ比例限界強度の向上を図ることができ
ず、且つガラス繊維の劣化を招く。一方、４０重量部を
上回る場合には混練物の粘度が過度に高くなり硬化が遅
延し、しかもＧＲＣ製品の強度が低下するので好ましく
ない。本発明セメント組成物中におけるポリアクリル酸
エステル系ポリマーディスパージョンは、セメントゲル
間或いはセメントゲル−骨材間に存在するポリマーの結
合力を高めると共にセメントゲルとポリマーとの共マト
リックス構造を形成し、ＧＲＣ製品の曲げ比例限界強度
を高め、且つ水酸化カルシウムによるガラス繊維の劣化
や製品の乾燥収縮の抑制効果を発現する。

【００１７】以上の各組成成分（成分（１）〜（５））
と公知のガラス繊維、骨材、水等を原料としてプレミッ
クス法、ダイレクトスプレー法等の公知の製法に従い、
本発明の高強度ガラス繊維補強コンクリート組成物が得
られる。尚、上記組成物の製造にあたって、必要に応
じ、膨脹材、収縮低減剤、保水剤、遅延剤等の公知の各
種添加剤を用いても良く、例えば上記膨脹材としてはカ
ルシウムサルホアルミネート系、生石灰系のもの等が挙
げられ、また収縮低減剤としては低級アルコールアルキ
レンオキシド、遅延剤としてはクエン酸等を例示でき
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明の高強度ガラス繊維補強コンクリ
ート組成物によれば次のような優れた効果が得られる。 （１）少量のポゾラン物質及び潜在水硬性物質でＧＲＣ
製品中の水酸化カルシウム含有量を１重量％以下に抑制
することができるので、セメントの強度発現を遅延させ
ることなく、ＧＲＣ製品中のガラス繊維の劣化を有効に
防止することができる。 （２）水酸化カルシウムの生成が著しく抑制され、しか
もガラス繊維表面をポリマーが被覆するので、ＧＲＣに
おけるガラス繊維の劣化を防止できるのはもとよりＧＲ
Ｃ製品自体の耐久性の向上を図ることができる。 （３）水／セメント比が５０％以下という少ない水使用
量でポゾラン活性及び潜在水硬性が発揮できる。 （４）ガラス転移温度２０〜８０℃ポリアクリル酸エス
テル系ポリマーディスパージョンの添加によりセメント
ゲル間或いはセメントゲル−骨材間の結合力を高めると
共にセメントゲルとポリマーの共マトリックス構造を形
成するので、優れた曲げ比例限界強度を発揮できる。 （５）ＧＲＣの乾燥収縮が比較的小さい。 （６）製造に際し、蒸気養生を必要としないので、優れ
た生産性、作業性等を発揮する。 （７）ＧＲＣ製品の製造に際して使用される鋼製型枠、
或いは製品中の埋め込み金具等の発錆を防ぐことができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を更
に詳しく説明する。

【００２０】実施例１〜７ 下記第１表に示す組成の高強度ガラス繊維補強コンクリ
ート組成物（試料Ｎｏ１〜７）をダイレクトスプレー法
により調製した。

【００２１】使用した高炉スラグ粉末のブレーン表面積
は約３０００ｃｍ^２／ｇ、同様にフライアッシュは約３
０００ｃｍ^２／ｇ、シリカフュームは約２０００００ｃ
ｍ^２／ｇ、無水石膏は約３０００ｃｍ^２／ｇであった。

【００２２】尚、表中ポリアクリル酸エステル系ポリマ
ーディスパージョンとしては固形分４５重量％、ガラス
転移温度６０℃の「２Ｆ−９１４」（カネボウＮＳＣ
（株）製）を、ナフタリンスルホン酸ホルムアルデヒド
高縮合物としては「マイティ１５０ＲＸ」（花王（株）
製）を用いた。また、膨脹材としてカルシウムサルホア
ルミネート系膨脹材（「デンカＣＳＡ」、電気化学工業
（株）製）を、収縮低減剤として低級アルコールアルキ
レンオキシド付加物系収縮低減剤（「テトラガードＡＳ
２０」、三洋化成（株）製）、遅延剤としてクエン酸を
それぞれ使用した。

【００２３】

【表１】 比較例１〜９ 実施例１と同様にして第１表に示す組成の各コンクリー
ト組成物（試料Ｎｏ８〜１６）を調製した。

【００２４】尚、試料Ｎｏ１４ではナフタリンスルホン
酸ホルムアルデヒド高縮合物として「マイティ１５０」
（花王（株）製）を、試料Ｎｏ１６ではポリアクリル酸
エステル系ポリマーディスパージョンとして固形分４５
重量％、ガラス転移温度０℃の「ポリトロンＡ−１２２
１」（旭化成（株）製）を実施例１のものに代えて使用
した。

【００２５】

【試験例】実施例及び比較例で得られた各試料について
試験を行なった。

【００２６】試験例１ 実施例１〜４で得られた試料Ｎｏ１〜４及び比較例１〜
６で得られた試料Ｎｏ８〜１３につき、その可使時間、
硬化時間、曲げ強度及び水酸化カルシウム生成量を調べ
た。その試験結果を表２に示す。

【００２７】尚、上記試験は次の各測定方法により求め
た。 ａ）可使時間…ＪＡＳＳ １５Ｍ−１０３によるフロー
値試験により初期値１５０ｍｍに対して１３０ｍｍ以上
のフロー値が確保できるまでの時間を測定した。 ｂ）硬化時間…ＪＩＳ Ｒ５２０１によるセメントの物
理試験方法の凝結試験における終結時間を測定した。評
価基準値は１０時間以内である。 ｃ）曲げ強度…ＪＩＳ Ｒ５２０１によるセメントの物
理試験方法により測定した。評価基準値は曲げ強度が３
０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、圧縮強度が１５０ｋｇｆ／ｃｍ
^２以上である。 ｄ）水酸化カルシウム生成量…示差熱分析により測定し
た。評価基準値は１ヶ月後１％以下、３ヶ月後０％であ
る。

【００２８】

【表２】 この結果より、本発明によるＧＲＣでは、適切な混練物
の可使時間が得られ、且つ硬化時間が短縮できることが
わかる。また、水酸化カルシウム含有量を低減させなが
ら初期強度を高めることができる。

【００２９】試験例２ 実施例５〜７で得られた試料Ｎｏ５〜７及び比較例７〜
９で得られた試料Ｎｏ１４〜１６のガラス繊維の劣化状
況、曲げ強度、乾燥収縮及び発錆性について調べた。そ
の試験結果を表３に示す。また表３には蒸気養生の必要
性の有無及び鋼製型枠の金属の発錆性について調べた結
果も併記する。

【００３０】尚、上記試験は次の各測定方法により求め
た。 ｅ）ガラス繊維の劣化状況…２８日間２０℃で気中養生
した後、６０℃の温水中で５６日間促進養生したものを
走査型電子顕微鏡で観察し、その劣化の有無を判定し
た。 ｆ）曲げ強度…２８日間２０℃で気中養生した後、スパ
ン２００ｍｍ、載荷速度２ｍｍ／ｍｉｎで中央載荷方式
で曲げ比例限界強度を測定した。供試体寸法は２５０ｍ
ｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍとした。 ｇ）乾燥収縮…ＪＩＳ Ａ１１２９に従って測定した。
即ち、供試体を打設し、２０℃の温度下で相対湿度８５
％で２４時間養生し、脱型した。次いで２０℃の温度下
で相対湿度６０％の雰囲気下コンパレーター法により基
長をとり、各材令で長さを測定した。 ｈ）発錆性…目視による観察を行なった。

【００３１】

【表３】 また、実施例５で得られた試料（Ｎｏ５）及び比較例７
で得られた試料（Ｎｏ１４）の走査型電子顕微鏡写真
（２０００倍）を図１及び図２にそれぞれ示す。この結
果、比較例のＧＲＣ中のガラス繊維に繊維折損が認めら
れた（図２）。

【００３２】表３の結果より、珪酸石灰・アゥイン・ス
ラグ系低アルカリ性セメントを使用した従来品（試料Ｎ
ｏ１５）は蒸気養生を必要とし、鋼製型枠等の金属の発
錆が認められた。また試料Ｎｏ１５と普通ポルトランド
セメントのみからなる試料Ｎｏ１４は共に曲げ比例限界
強度が１００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度と低い値であった。さ
らにガラス転移温度が０℃のポリアクリル酸エステル系
ポリマーディスパージョンを用いた試料Ｎｏ１６でも１
００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の低い曲げ比例限界強度であっ
た。これに対し、本発明によるＧＲＣは、その製造に際
して蒸気養生工程が省け、金属の発錆も充分に抑制で
き、しかもＧＲＣ中のガラス繊維の劣化を防ぎ、曲げ比
例限界強度が高く且つ乾燥収縮も小さく、優れた性能を
有していることがわかる。

【００３３】以上より本発明の高強度ガラス繊維補強コ
ンクリート組成物が優れた効果を発揮していることが明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（試料Ｎｏ５）のＧＲＣ中のガラス繊維
の形状を示す図面に代る写真である。

【図２】比較例７（試料Ｎｏ１４）のＧＲＣ中のガラス
繊維の形状を示す図面に代る写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 14/42 Ｚ 24/22 Ｅ 24/26 Ｆ 24/30 Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス繊維補強コンクリート組成物におい
   て、ポルトランドセメント１００重量部に対して（１）
   高炉スラグ粉末２０〜５０重量部、（２）フライアッシ
   ュ及び／又はシリカフューム１０〜２５重量部、（３）
   無水石膏及び／又は二水石膏５〜２０重量部（４）ナフ
   タレンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物及び／又は
   メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド高縮合物０．５〜
   ３重量部、及び（５）ガラス転移温度２０〜８０℃のポ
   リアクリル酸エステル系ポリマーディスパージョン固形
   分５〜４０重量部を添加してなることを特徴とする高強
   度ガラス繊維補強コンクリート組成物。